RU2361350C2

RU2361350C2 - Inductor-type synchronous unit

Info

Publication number: RU2361350C2
Application number: RU2007128333/09A
Authority: RU
Inventors: Тору ОКАЗАКИ (JP); Тору ОКАЗАКИ; Синго ОХАСИ (JP); Синго ОХАСИ; Хидехико СУГИМОТО (JP); Хидехико СУГИМОТО; Тосио ТАКЕДА (JP); Тосио ТАКЕДА
Original assignee: Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд.; Исикавадзима-Харима Хэви Индастриз Ко., Лтд.
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2009-07-10
Also published as: TW200631278A; WO2006068038A1; US7598647B2; JP2006204084A; HK1111529A1; EP1830455A4; EP1830455B1; EP1830455A1; CN101088210A; CN101088210B; CA2593069A1; JP4653648B2; KR101104499B1; NO20073221L; KR20070118067A; TWI351156B; DK1830455T3; RU2007128333A; US20080100164A1; CA2593069C

Abstract

FIELD: electric engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to electric engineering, and particularly, to inductor-type synchronous units represented as motor or generator where magnetic material of inductor induces magnetic flow in the given position at the side of magnetic field. In addition, the motor or generator shaft rotates synchronously as long as the armature polarity changes. The disclosed by the invention inductor-type synchronous unit includes excitation stator and excitation elements which help to produce N-pole and S-pole concentrically, and rotor. The rotating shaft is fixed to the above rotor. The N-pole inductor is arranged so that it is directed to N-pole of stator excitation element, while S-pole inductor is arranged so that the excitation elements are directed to S-pole of stator excitation element. The unit contains armature with coils being located so that they are directed to the said inductors of N-pole and S-pole. ^ EFFECT: simplified design of inductor-type synchronous unit. ^ 8 cl, 17 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к индукторному синхронному устройству. Более конкретно, настоящее изобретение относится к двигателю или генератору, включающим в себя магнитный материал (индуктор), который индуцирует магнитный поток на стороне магнитного поля, в заданном положении, причем вращение вращающегося вала синхронизировано с изменением полярности якоря.The present invention relates to an induction synchronous device. More specifically, the present invention relates to an engine or generator, including magnetic material (inductor), which induces magnetic flux on the side of the magnetic field, in a predetermined position, and the rotation of the rotating shaft is synchronized with a change in the polarity of the armature.

Уровень техникиState of the art

Обычно, в генераторе, раскрытом в JP-A-54-116610 или JP-A-6-86517, как показано на фиг.20, вращающийся вал 1 установлен через кронштейн 2 на подшипник 3, при этом кронштейн 2 выполняет функцию внешнего кожуха. Обмотка 5 возбуждения предусмотрена на внешнем контуре ярма 4, которое установлено и закреплено на вращающемся валу 1, и клешневидные магнитные полюса 6 и 7 предусмотрены так, что они поочередно пересекают с левой и с правой стороны обмотку 5 возбуждения, таким образом сформирован весь ротор. В то же время обмотка 8 статора установлена на кронштейне 2 так, что она обращена к клешневидным магнитным полюсам 6 и 7. Электроэнергию подают в обмотку 5 возбуждения, используя скользящие контакты через токосъемное контактное кольцо 9.Typically, in the generator disclosed in JP-A-54-116610 or JP-A-6-86517, as shown in FIG. 20, the rotating shaft 1 is mounted through the bracket 2 to the bearing 3, while the bracket 2 functions as an outer casing. The excitation winding 5 is provided on the outer contour of the yoke 4, which is mounted and fixed on the rotating shaft 1, and the claw-shaped magnetic poles 6 and 7 are provided so that they alternately intersect the excitation winding 5 on the left and right sides, so that the entire rotor is formed. At the same time, the stator winding 8 is mounted on the bracket 2 so that it faces the claw-shaped magnetic poles 6 and 7. Electricity is supplied to the excitation winding 5 using sliding contacts through the slip ring 9.

В соответствии с описанной выше конфигурацией, когда постоянный ток подают в обмотку 5 возбуждения через токосъемное контактное кольцо 9 так, чтобы N-полюс генерировался с правой стороны обмотки 5 возбуждения, если смотреть на чертеже, и S-полюс генерировался с левой стороны обмотки 5 возбуждения, если смотреть на чертеже, N-полюс индуцируется на клешневидном магнитном полюсе 6, который выступает с правой стороны, в то время как S-полюс индуцируется на клешневидном магнитном полюсе 7, который выступает с левой стороны. Таким образом, множество N-полюсов и множество S-полюсов могут поочередно генерироваться на внешней стороне окружности ротора, вдоль направления его окружности.According to the configuration described above, when direct current is supplied to the field winding 5 through a slip ring 9 so that the N-pole is generated on the right side of the field winding 5, as seen in the drawing, and the S-pole is generated on the left side of the field winding 5 as seen in the drawing, the N-pole is induced at the claw-shaped magnetic pole 6, which protrudes from the right side, while the S-pole is induced at the claw-shaped magnetic pole 6, which protrudes on the left side. Thus, a plurality of N-poles and a plurality of S-poles can be alternately generated on the outer side of the rotor circumference, along the direction of its circumference.

Однако обмотка 5 возбуждения сформирована как часть ротора, и подачу электроэнергии в обмотку 5 возбуждения, которая выполняет вращательное движение, требуется производить через токосъемное контактное кольцо 9 с использованием скользящего контакта. Таким образом, такая конструкция становится сложной. Кроме того, возникают такие проблемы, как снижение срока службы из-за износа контакта на токосъемном контактном кольце 9 и дестабилизация подачи энергии из-за дестабилизации скользящего контакта на токосъемном контактном кольце 9.However, the field winding 5 is formed as part of the rotor, and the electric power supply to the field winding 5, which rotates, is required to be made through a slip ring 9 using a sliding contact. Thus, such a design becomes complex. In addition, problems arise such as a decrease in the service life due to wear of the contact on the collector contact ring 9 and destabilization of the energy supply due to the destabilization of the sliding contact on the collector contact ring 9.

Патентный документ 1: JP-A-54-116610;Patent Document 1: JP-A-54-116610;

Патентный документ 2: JP-A-6-86517.Patent Document 2: JP-A-6-86517.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение было выполнено с учетом указанных выше проблем, и его цель состоит в создании простой конструкции для подачи электроэнергии в катушку.The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a simple structure for supplying electricity to a coil.

Для решения этих проблем в настоящем изобретении предусмотрено индукторное синхронное устройство, содержащее:To solve these problems, the present invention provides an induction synchronous device comprising:

статор возбуждения, имеющий элемент возбуждения, с помощью которого концентрично сформированы N-полюс и S-полюс;an excitation stator having an excitation element with which the N-pole and S-pole are concentrically formed;

ротор, имеющий индуктор N-полюса, который сформирован из магнитного материала и расположен так, что он обращен к N-полюсу элемента возбуждения, и индуктор S-полюса, который сформирован из магнитного материала и расположен так, что он обращен к S-полюсу элемента возбуждения, при этом вращающийся вал закреплен на роторе; иa rotor having an N-pole inductor that is formed of magnetic material and is located so that it faces the N-pole of the excitation element, and an S-pole inductor that is formed of magnetic material and is located so that it is facing the S-pole of the element excitation, while the rotating shaft is mounted on the rotor; and

статор якоря, имеющий катушку якоря, которая установлена так, что она обращена к индуктору N-полюса и индуктору S-полюса.an armature stator having an armature coil which is mounted so that it faces the N-pole inductor and the S-pole inductor.

В соответствии с указанной выше конфигурацией, поскольку как элемент возбуждения, так и катушка якоря закреплены на соответствующих статорах, элемент скользящего контакта, такой как токосъемное контактное кольцо, становится ненужным для подачи электропитания в катушку. Поэтому конструкция может быть упрощена, и такие проблемы, как уменьшение срока службы из-за износа контакта на токосъемном контактном кольце и дестабилизация подачи энергии, могут быть решены.According to the above configuration, since both the drive element and the armature coil are fixed to the respective stators, a sliding contact element, such as a slip ring, becomes unnecessary for supplying power to the coil. Therefore, the design can be simplified, and problems such as reduced service life due to wear of the contact on the slip ring and destabilization of the energy supply can be solved.

Когда ротор вращается, индуктор N-полюса движется вдоль окружности в положении генерирования N-полюса статора возбуждения, в то время как индуктор S-полюса движется вдоль окружности в положении генерирования S-полюса статора возбуждения. Таким образом, определенная полярность индуцируется в каждом из индукторов. Статор возбуждения и статор якоря могут быть либо разделены друг от друга, или интегрированы друг с другом.When the rotor rotates, the N-pole inductor moves along the circle in the generation position of the N-pole of the field stator, while the S-pole inductor moves along the circle in the generation position of the S-field of the field stator. Thus, a certain polarity is induced in each of the inductors. The excitation stator and the armature stator can either be separated from each other, or integrated with each other.

В случае, когда синхронное устройство представляет собой двигатель, подачу питания в обмотку якоря выполняют путем периодического изменения его полярности. Таким образом, сила притяжения/сила отталкивания генерируется между катушкой якоря и индукторами N-полюса и S-полюса, в результате чего ротор вращается и генерируется движущая сила вращающегося вала. В случае, когда синхронное устройство представляет собой генератор, индуктор N-полюса и индуктор S-полюса вращаются вокруг оси благодаря вращательному движению вращающегося вала, в результате чего индуцированный ток протекает через катушку якоря.In the case when the synchronous device is a motor, the power supply to the armature winding is performed by periodically changing its polarity. Thus, the attractive force / repulsive force is generated between the armature coil and the N-pole and S-pole inductors, as a result of which the rotor rotates and a driving force of the rotating shaft is generated. In the case where the synchronous device is a generator, the N-pole inductor and the S-pole inductor rotate around the axis due to the rotational movement of the rotating shaft, as a result of which the induced current flows through the armature coil.

Элемент возбуждения может представлять собой катушку возбуждения, которая намотана вокруг оси вращающегося вала, при этом часть индуктора N-полюса может быть расположена так, что она обращена к одной из внешней стороны окружности и внутренней стороны окружности катушки возбуждения, в то время как часть S-индуктора расположена так, что она обращена к другой ее стороне.The excitation element can be an excitation coil that is wound around the axis of a rotating shaft, while the N-pole inductor part can be positioned so that it faces one of the outer circumference and the inner circumference of the excitation coil, while the S- the inductor is located so that it faces its other side.

В соответствии с описанной выше конфигурацией, когда постоянный ток подают на катушку возбуждения, N-полюс генерируется на одной из внешней стороны окружности и внутренней стороны окружности катушки возбуждения, в то время как S-полюс генерируется на другой ее стороне, в результате чего N-полюса и S-полюса могут располагаться концентрически. Следовательно, с помощью индуктора N-полюса и индуктора S-полюса может генерироваться магнитное поле с множеством полюсов при использовании одной катушки возбуждения. В соответствии с этим, работа обмотки катушки может быть упрощена, что позволяет повысить эффективность при ее изготовлении.According to the configuration described above, when direct current is supplied to the field coil, the N-pole is generated on one of the outer side of the circle and the inside of the circle of the field coil, while the S-pole is generated on its other side, whereby the N- poles and S-poles can be concentric. Therefore, using the N-pole inductor and the S-pole inductor, a multi-pole magnetic field can be generated using a single field coil. In accordance with this, the operation of the coil winding can be simplified, which improves efficiency in its manufacture.

В качестве альтернативы, элемент возбуждения может представлять собой постоянный магнит, расположенный вокруг оси вращающегося вала, и часть индуктора N-полюса может быть расположена так, что она будет обращена к стороне N-полюса постоянного магнита, в то время как часть индуктора S-полюса может быть расположена так, что она будет обращена к стороне S-полюса постоянного магнита.Alternatively, the drive element may be a permanent magnet located around the axis of the rotating shaft, and the N-pole inductor part may be positioned so that it faces the N-pole side of the permanent magnet, while the S-pole inductor part can be positioned so that it faces the S-pole side of the permanent magnet.

В соответствии с описанной выше конфигурацией, постоянный магнит располагается на статоре возбуждения. Таким образом улучшается эффективность производства индукторного синхронного устройства, и его конструкция может быть упрощена.In accordance with the configuration described above, the permanent magnet is located on the excitation stator. Thus, the production efficiency of the inductor synchronous device is improved, and its design can be simplified.

Кроме того, в случае, когда индукторное синхронное устройство в соответствии с настоящим изобретением представляет собой индукторный двигатель, даже когда в качестве элемента возбуждения используется постоянный магнит, индукторный двигатель может успешно вырабатывать выходную мощность в диапазоне от 1 кВт до 5 МВт, и при этом можно уменьшить размеры индукторного синхронного устройства.In addition, in the case where the induction synchronous device in accordance with the present invention is an induction motor, even when a permanent magnet is used as an excitation element, the induction motor can successfully generate output power in the range from 1 kW to 5 MW, and it is possible reduce the size of the inductor synchronous device.

По меньшей мере, один из элемента возбуждения и катушки якоря сформирован из сверхпроводящего материала.At least one of the excitation element and the armature coil is formed of superconducting material.

Магнитная проницаемость магнитного материала, составляющего каждый из индукторов, обычно больше, чем у воздуха на три порядка или больше. Таким образом, магнитный поток, генерируемый элементом возбуждения, в основном проходит через индукторы. Однако, поскольку заданный воздушный зазор предусмотрен между элементом возбуждения и каждым из индукторов, или между катушкой якоря и индукторами, возникает случай, когда магнитное сопротивление увеличивается так, что происходит утечка магнитного потока, при которой магнитный поток отклоняется в неожиданном направлении, и величина магнитного потока, способствующая генерированию выходной мощности, таким образом, уменьшается.The magnetic permeability of the magnetic material constituting each of the inductors is usually greater than that of air by three orders of magnitude or more. Thus, the magnetic flux generated by the excitation element mainly passes through the inductors. However, since a predetermined air gap is provided between the excitation element and each of the inductors, or between the armature coil and the inductors, a case arises when the magnetic resistance increases so that a magnetic flux leak occurs in which the magnetic flux deviates in an unexpected direction and the magnitude of the magnetic flux contributing to the generation of power output is thus reduced.

В случае, когда один или оба из элементов возбуждения и катушки якоря сформированы из сверхпроводящего материала, ток большой силы может быть подан без опасения генерирования тепла, и генерируемый магнитный поток может быть существенно увеличен. В соответствии с этим, даже когда возникает утечка магнитного потока, магнитный поток, способствующий генерированию выходной мощности, может быть увеличен для получения большой выходной мощности, поскольку общий генерируемый магнитный поток увеличен. Кроме того, при использовании сверхпроводимости можно получить большую плотность тока. Поэтому элемент возбуждения и катушка якоря могут быть выполнены с малыми размерами, в результате чего размер и вес синхронного устройства могут быть уменьшены. В качестве сверхпроводящего материала удобно использовать высокотемпературные сверхпроводящие материалы на основе висмута или иттрия.In the case where one or both of the excitation elements and the armature coil are formed of a superconducting material, a large current can be supplied without fear of heat generation, and the generated magnetic flux can be significantly increased. Accordingly, even when magnetic flux leakage occurs, the magnetic flux contributing to the generation of output power can be increased to obtain a large output power, since the total generated magnetic flux is increased. In addition, when using superconductivity, a higher current density can be obtained. Therefore, the excitation element and the armature coil can be made small in size, as a result of which the size and weight of the synchronous device can be reduced. It is convenient to use high-temperature superconducting materials based on bismuth or yttrium as a superconducting material.

Кроме того, в случае, когда используется структура охлаждения из сверхпроводящего материала для получения заданных сверхпроводящих характеристик, то, поскольку как элемент возбуждения, так и каждая из катушек якоря закреплены на статоре и не движутся относительно него, упрощается конструкция каналов подачи охладителя или конструкция герметизации, и может быть упрощена структура охлаждения.In addition, in the case where a cooling structure of a superconducting material is used to obtain predetermined superconducting characteristics, since both the excitation element and each of the armature coils are fixed on the stator and do not move relative to it, the design of the cooler supply channels or the sealing design is simplified, and the cooling structure can be simplified.

Площадь поперечного сечения каждого из индуктора N-полюса и индуктора S-полюса может быть постоянной от одного торца до другого торца.The cross-sectional area of each of the N-pole inductor and the S-pole inductor may be constant from one end to the other end.

А именно, в соответствии с описанной выше конфигурацией, магнитный поток, который генерируется элементом возбуждения и поступает в каждый из индукторов, с меньшей вероятностью создает условие насыщения в индукторах. Таким образом, магнитный поток можно эффективно подавать в катушки якоря.Namely, in accordance with the configuration described above, the magnetic flux that is generated by the excitation element and enters each of the inductors is less likely to create a saturation condition in the inductors. Thus, the magnetic flux can be effectively fed into the armature coils.

Кроме того, площадь поперечного сечения индуктора N-полюса и площадь поперечного сечения индуктора S-полюса могут быть, по существу, равными.In addition, the cross-sectional area of the N-pole inductor and the cross-sectional area of the S-pole inductor can be substantially equal.

А именно, поскольку площади поперечного сечения индукторов одинаковы, сила притяжения/сила отталкивания, генерируемая между индукторами и катушками якоря, становится постоянной, благодаря чему стабилизируется балансировка вращения ротора.Namely, since the cross-sectional areas of the inductors are the same, the attractive force / repulsive force generated between the inductors and the armature coils becomes constant, due to which the balancing of the rotation of the rotor is stabilized.

Конкретная конструкция синхронного устройства может быть представлена в виде структуры с осевым зазором, в котором статор возбуждения расположен так, что он обращен к одной стороне ротора в осевом направлении ротора, с заданным зазором между ними, и статор якоря расположен так, что он обращен к другой стороне ротора в осевом направлении ротора, с заданным зазором между ними,The specific design of the synchronous device can be represented as a structure with an axial clearance, in which the excitation stator is located so that it faces one side of the rotor in the axial direction of the rotor, with a given clearance between them, and the armature stator is located so that it faces the other the rotor side in the axial direction of the rotor, with a given clearance between them,

при этом вращающийся вал, закрепленный на роторе, установлен с возможностью вращения в зазоре между статором возбуждения и статором якоря, иwherein the rotating shaft mounted on the rotor is rotatably mounted in the gap between the excitation stator and the armature stator, and

магнитный поток каждого из элементов возбуждения и катушки якоря направлен вдоль оси.The magnetic flux of each of the excitation elements and the armature coil is directed along the axis.

В качестве альтернативы может использоваться структура с радиальным зазором, в которой один из статора возбуждения и статора якоря представляет собой внешнюю круглую трубу, и ротор установлен внутри этой внешней круглой трубы с заданным зазором между ними.Alternatively, a structure with a radial clearance can be used, in which one of the excitation stator and the armature stator is an external round pipe, and the rotor is installed inside this external round pipe with a predetermined gap between them.

Из приведенного выше описания понятно, что в соответствии с настоящим изобретением как элемент возбуждения, так и катушка якоря закреплены на статоре. Поэтому элемент скользящего контакта, такой как токосъемное контактное кольцо, становится ненужным для подачи электроэнергии возбуждения в катушку. Таким образом, может быть упрощена конструкция, продлен срок службы и стабилизирована подача энергии.From the above description it is clear that in accordance with the present invention, both the excitation element and the armature coil are fixed to the stator. Therefore, a sliding contact element, such as a slip ring, becomes unnecessary for supplying excitation electricity to the coil. Thus, the structure can be simplified, extended service life and stabilized energy supply.

Кроме того, когда один или оба из элементов возбуждения (катушки возбуждения) и катушки якоря сформированы из сверхпроводящего материала, ток большой силы можно подавать без опасности выделения тепла, в результате чего магнитный поток можно существенно усилить. Следовательно, даже в случае, когда происходит утечка магнитного потока, может быть увеличен магнитный поток, способствующий увеличению выходной мощности, что позволяет получить на выходе большую мощность.In addition, when one or both of the excitation elements (excitation coils) and the armature coils are formed of a superconducting material, a large current can be supplied without danger of heat generation, as a result of which the magnetic flux can be significantly enhanced. Therefore, even in the case when a magnetic flux leak occurs, the magnetic flux can be increased, which contributes to an increase in the output power, which makes it possible to obtain a large output power.

В случае, когда площадь поперечного сечения каждого из индуктора N-полюса и индуктора S-полюса постоянна от одного конца до другого конца, снижается вероятность насыщения магнитного потока внутри индукторов, что позволяет эффективно индуцировать магнитный поток на стороне катушки якоря. Кроме того, в случае, когда площадь поперечного сечения индуктора N-полюса и площадь поперечного сечения индуктора S-полюса, по существу, равны, сила отталкивания/сила притяжения, генерируемая между индукторами и катушкой якоря, становится постоянной, в результате чего можно стабилизировать баланс вращения ротора.In the case where the cross-sectional area of each of the N-pole inductor and S-pole inductor is constant from one end to the other end, the probability of saturation of the magnetic flux inside the inductors is reduced, which allows the magnetic flux to be effectively induced on the side of the armature coil. In addition, in the case where the cross-sectional area of the N-pole inductor and the cross-sectional area of the S-pole inductor are substantially equal, the repulsive force / attractive force generated between the inductors and the armature coil becomes constant, as a result of which the balance can be stabilized rotor rotation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1(A) показан вид в разрезе индукторного синхронного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, и на фиг.1(B) показан другой вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в положении, повернутом на 90°.FIG. 1 (A) is a cross-sectional view of an induction synchronous device according to a first embodiment of the invention, and FIG. 1 (B) is another cross-sectional view of an induction synchronous motor in a 90 ° rotation position.

На фиг.2(A) показан вид спереди ротора, на фиг.2(B) показан вид в разрезе вдоль линии I-I, обозначенной на фиг.2(A), на фиг.2(C) показан вид сзади ротора, и на фиг.2(D) показан вид в разрезе вдоль линии II-II, обозначенной на фиг.2(A).Figure 2 (A) shows a front view of the rotor, figure 2 (B) shows a sectional view along the line II, indicated in figure 2 (A), figure 2 (C) shows a rear view of the rotor, and figure 2 (D) shows a sectional view along the line II-II, indicated in figure 2 (A).

На фиг.3(A) показан вид спереди статора возбуждения, и на фиг.3(B) показан вид в разрезе вдоль линии I-I, обозначенной на фиг.3(A).FIG. 3 (A) shows a front view of the excitation stator, and FIG. 3 (B) shows a sectional view along the line I-I indicated in FIG. 3 (A).

На фиг.4(A) показан вид спереди, представляющий состояние, в котором через ротор и статор возбуждения установлен вращающийся вал, на фиг.4(B) показан вид в разрезе вдоль линии I-I, обозначенной на фиг.4(A), и на фиг.4(C) показан вид в разрезе вдоль линии II-II, обозначенной на фиг.4(A).FIG. 4 (A) is a front view showing a state in which a rotating shaft is mounted through the drive rotor and the excitation stator; FIG. 4 (B) is a sectional view along line II indicated in FIG. 4 (A), and Fig. 4 (C) shows a sectional view along the line II-II indicated in Fig. 4 (A).

На фиг.5(A) показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в соответствии с первым модифицированным примером первого варианта осуществления изобретения, и на фиг.5(B) показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в положении, повернутом на 90°.FIG. 5 (A) is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in accordance with a first modified example of the first embodiment of the invention, and FIG. 5 (B) is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in a position rotated 90 °.

На фиг.6(A) и 6(B) показаны виды спереди соответствующих статоров возбуждения в соответствии с первым модифицированным примером.6 (A) and 6 (B) show front views of respective excitation stators in accordance with a first modified example.

На фиг.7(A) и 7(B) показаны виды спереди соответствующих статоров возбуждения в соответствии со вторым модифицированным примером.7 (A) and 7 (B) show front views of respective excitation stators in accordance with a second modified example.

На фиг.8(A) и 8(B) показаны виды спереди соответствующих статоров возбуждения в соответствии с третьим модифицированным примером.On Fig (A) and 8 (B) shows front views of the respective excitation stators in accordance with the third modified example.

На фиг.9(A) показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в соответствии со вторым модифицированным примером первого варианта осуществления изобретения, и на фиг.9(B) показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в положении, повернутом на 90°.Fig. 9 (A) is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in accordance with a second modified example of the first embodiment of the invention, and Fig. 9 (B) is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in a position rotated 90 °.

На фиг.10 показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в соответствии со вторым вариантом осуществления.10 is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in accordance with a second embodiment.

На фиг.11 показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в соответствии с третьим вариантом осуществления.11 is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in accordance with a third embodiment.

На фиг.12(A) показан вид спереди, представляющий состояние, в котором через ротор и статор возбуждения в соответствии с четвертым вариантом осуществления установлен вращающийся вал, на фиг.12(B) показан вид в разрезе вдоль линии I-I, обозначенной на фиг.4(A), и на фиг.12(C) показан вид в разрезе вдоль линии II-II, обозначенной на фиг.12(A).FIG. 12 (A) is a front view showing a state in which a rotary shaft is mounted through the drive rotor and the excitation stator in accordance with the fourth embodiment; FIG. 12 (B) is a sectional view along line II of FIG. 4 (A), and FIG. 12 (C) shows a sectional view along line II-II indicated in FIG. 12 (A).

На фиг.13 показан вид в разрезе индукторного синхронного двигателя в соответствии с пятым вариантом осуществления.13 is a cross-sectional view of an induction synchronous motor in accordance with a fifth embodiment.

На фиг.14 показан вид в разрезе вдоль линии I-I, обозначенной на фиг.13.On Fig shows a view in section along the line I-I, indicated in Fig.13.

На фиг.15 показан вид в разрезе вдоль линии II-II, обозначенной на фиг.13.On Fig shows a view in section along the line II-II, indicated in Fig.13.

На фиг.16 показан вид в перспективе ротора.On Fig shows a perspective view of the rotor.

На фиг.17 показан вид в перспективе ротора и статора возбуждения в соответствии с шестым вариантом осуществления.On Fig shows a perspective view of the rotor and the excitation stator in accordance with the sixth embodiment.

На фиг.18 показан вид в разрезе ротора и статора возбуждения.On Fig shows a view in section of a rotor and a stator excitation.

На фиг.19 показан вид в разрезе по фиг.18 в положении, повернутом на 90°.FIG. 19 is a sectional view of FIG. 18 in a position rotated 90 °.

На фиг.20 показан вид, представляющий обычный пример.20 is a view showing a typical example.

Описание номеров ссылочных позиций и обозначенийDescription of reference numerals and symbols

10, 40, 50, 70 - индукторный синхронный двигатель,10, 40, 50, 70 - induction synchronous motor,

11, 15, 51, 72, 92 - статор возбуждения,11, 15, 51, 72, 92 - excitation stator,

12, 14, 41, 44, 60, 73, 91 - ротор,12, 14, 41, 44, 60, 73, 91 - rotor,

13, 71 - статор якоря,13, 71 - the stator of the anchor,

17, 23, 30, 76, 79 - контейнеры с вакуумной изоляцией,17, 23, 30, 76, 79 - containers with vacuum insulation,

18, 31, 78, 93 - катушка возбуждения,18, 31, 78, 93 - excitation coil,

20, 28, 62, 81, 98 - индуктор N-полюса,20, 28, 62, 81, 98 - N-pole inductor,

21, 27, 63, 82, 97 - индуктор S-полюса,21, 27, 63, 82, 97 - S-pole inductor,

24, 75 - катушка якоря,24, 75 - anchor coil,

34, 101 - вращающийся вал,34, 101 - rotating shaft,

35, 36, 35', 36', 37, 38, 37', 38' - постоянный магнит,35, 36, 35 ', 36', 37, 38, 37 ', 38' - a permanent magnet,

95 - неподвижный вал,95 - fixed shaft,

99, 100 - участок держателя.99, 100 - section of the holder.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи.Embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

На фиг.1 показан индукторный синхронный двигатель (индукторное синхронное устройство) 10 в соответствии с первым вариантом осуществления.1 shows an induction synchronous motor (induction synchronous device) 10 in accordance with the first embodiment.

Индукторный синхронный двигатель 10 имеет конструкцию с осевым зазором, в которой вращающийся вал 34 установлен через статор 11 возбуждения, ротор 12, статор 13 якоря, ротор 14 и статор 15 возбуждения в указанном порядке. Статоры 11, 15 возбуждения и статор 13 якоря закреплены на установочной поверхности G, при этом между ними и вращающимся валом 34 предусмотрен зазор, и роторы 12, 14 установлены и закреплены на вращающемся валу 34 благодаря воздушному зазору между ними и вращающимся валом 34.The induction synchronous motor 10 has an axial clearance design in which the rotating shaft 34 is mounted through the excitation stator 11, the rotor 12, the armature stator 13, the rotor 14 and the excitation stator 15 in this order. The stators 11, 15 of the excitation and the stator 13 of the armature are fixed on the mounting surface G, while there is a gap between them and the rotating shaft 34, and the rotors 12, 14 are mounted and fixed on the rotating shaft 34 due to the air gap between them and the rotating shaft 34.

Статор 11 возбуждения и статор 15 возбуждения выполнены зеркально симметричными. Поэтому один из статоров 15 детально показан на фиг.3(A) и 3(B).The excitation stator 11 and the excitation stator 15 are made mirror symmetric. Therefore, one of the stators 15 is shown in detail in FIGS. 3 (A) and 3 (B).

Каждый из статоров 11, 15 возбуждения имеет ярмо 16, 29, изготовленное из магнитного материала и закрепленное на установочной поверхности G, теплоизолированный контейнер 17, 30 для хладагента, имеющий структуру вакуумной изоляции, встроен внутри соответствующих ярем 16, 29, и катушка 18, 31 возбуждения, обмотка которой изготовлена из сверхпроводящего материала, установлена внутри соответствующего теплоизолирующего контейнера 17, 30 для хладагента.Each of the excitation stators 11, 15 has a yoke 16, 29 made of magnetic material and mounted on the mounting surface G, a thermally insulated refrigerant container 17, 30 having a vacuum insulation structure, is embedded inside the respective holes 16, 29, and a coil 18, 31 excitation, the winding of which is made of a superconducting material, is installed inside the corresponding heat insulating container 17, 30 for the refrigerant.

Каждое из ярм 16, 29 имеет отверстие 16b, 29b свободной посадки, которое просверлено в ее центральной части и имеет больший диаметр, чем внешний диаметр вращающегося вала 34, и участок 16a, 29a канавки, который предусмотрен в виде выемки, с кольцевой формой вокруг отверстия 16b, 29b свободной посадки. Каждая из катушек 18, 31 возбуждения установлена в соответствующих теплоизолирующих контейнерах 17, 30 для хладагента, внутри которых циркулирует жидкий азот. Каждый из теплоизолирующих контейнеров 17, 30 для хладагента встроен в соответствующие участки 16a, 29a канавки.Each of the yokes 16, 29 has a free-fit hole 16b, 29b, which is drilled in its central part and has a larger diameter than the outer diameter of the rotating shaft 34, and a groove portion 16a, 29a, which is provided as a recess, with an annular shape around the hole 16b, 29b free landing. Each of the excitation coils 18, 31 is installed in respective heat insulating refrigerant containers 17, 30, within which liquid nitrogen circulates. Each of the heat insulating refrigerant containers 17, 30 is integrated in respective groove portions 16a, 29a.

Ярма 16, 29 изготовлены из магнитного материала, такого как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой. В качестве сверхпроводящего материала для формирования катушек 18, 31 возбуждения используют высокотемпературные сверхпроводящие материалы на основе висмута или иттрия.Yarmas 16, 29 are made of magnetic material, such as permendur, silicon steel plate, iron and permalloy. As a superconducting material for forming the excitation coils 18, 31, high-temperature superconducting materials based on bismuth or yttrium are used.

Роторы 12, 14 являются взаимно симметричными. Таким образом, один из роторов 14 детально показан на фиг.2(A)-2(D).The rotors 12, 14 are mutually symmetrical. Thus, one of the rotors 14 is shown in detail in FIG. 2 (A) -2 (D).

Каждый из роторов 12, 14 включает в себя участок 19, 26 держателя в форме диска, который изготовлен из немагнитного материала и имеет отверстие 19a, 26a установки вращающегося вала, пару индукторов 21, 27 S-полюса, встроенных в симметричных относительно центра положениях вокруг отверстия 19a, 26a установки вращающегося вала, и пару индукторов 20, 28 N-полюса, встроенных на участках, повернутых на 90° относительно положений соответствующих индукторов 21, 27 S-полюсов.Each of the rotors 12, 14 includes a disk-shaped holder portion 19, 26, which is made of non-magnetic material and has a rotary shaft mounting hole 19a, 26a, a pair of S-pole inductors 21, 27, which are integrated in a position symmetrical about the center around the hole 19a, 26a of installing a rotating shaft, and a pair of N-pole inductors 20, 28 embedded in sections rotated 90 ° with respect to the positions of the respective S-pole inductors 21, 27.

Индукторы 21, 27 S-полюсов и индукторы 20, 28 N-полюсов выполнены таким образом, что соответствующие торцевые поверхности 20a, 21a, 27a, 28a в форме секторов, обращенные к статору 13 якоря, расположены через одинаковые интервалы вдоль концентрических кругов и так, что площади торцевых поверхностей 20a, 21a, 27a, 28a равны друг другу.S-pole inductors 21, 27 and N-pole inductors 20, 28 are designed so that the corresponding sector-shaped end surfaces 20a, 21a, 27a, 28a facing the armature stator 13 are spaced at regular intervals along concentric circles and so that the area of the end surfaces 20a, 21a, 27a, 28a are equal to each other.

Другие торцевые поверхности 21b, 27b индукторов 21, 27 S-полюсов расположены так, что они обращены к положениям генерирования S-полюса катушек 18, 31 возбуждения. Например, как показано на фиг.2(C) и 4(B), внешняя концевая поверхность 27b индуктора 27 S-полюса имеет форму дуги круга и расположена так, что она обращена к внешней стороне окружности катушки 31 возбуждения.The other end surfaces 21b, 27b of the S-pole inductors 21, 27 are arranged so that they face the S-pole generating positions of the excitation coils 18, 31. For example, as shown in FIGS. 2 (C) and 4 (B), the outer end surface 27b of the S-pole inductor 27 has a circular arc shape and is positioned so that it faces the outer circumference of the drive coil 31.

Другие торцевые поверхности 20b, 28b индукторов 20, 28 N-полюса расположены так, что они обращены к положениям генерирования N-полюса катушек 18, 31 возбуждения. Например, как показано на фиг.2(С) и 4(C), другая внешняя торцевая поверхность 27b индуктора 27 S-полюса имеет форму дуги круга и расположена так, что она обращена к внутренней стороне окружности катушки 31 возбуждения.The other end surfaces 20b, 28b of the N-pole inductors 20, 28 are arranged so that they face the N-generation positions of the excitation coils 18, 31. For example, as shown in FIGS. 2 (C) and 4 (C), the other outer end surface 27b of the S-pole inductor 27 has a circular arc shape and is located so that it faces the inner circumference of the drive coil 31.

А именно, каждый из индукторов 21, 27 S-полюса и индукторов 20, 28 N-полюса имеет трехмерную форму, в которой ее поперечное сечение изменяется вдоль осевого направления от формы дуги круга на других торцевых поверхностях 20b, 21b, 27b, 28b до формы сектора на торцевых поверхностях 20a, 21a, 27a, 28a. Площадь поперечного сечения каждого из индукторов 21, 27 S-полюса и индукторов 20, 28 N-полюса является постоянной от других торцевых поверхностей 20b, 21b, 27b, 28b до торцевых поверхностей 20a, 21a, 27a, 28a. Кроме того, каждая из других торцевых поверхностей 20b, 28b индукторов 20, 28 S-полюса имеет такую же площадь поверхности, что и каждая из других торцевых поверхностей 21b, 27b индукторов 21, 27 N-полюса.Namely, each of the S-pole inductors 21, 27 and the N-pole inductors 20, 28 has a three-dimensional shape in which its cross section varies along the axial direction from the shape of the circular arc on the other end surfaces 20b, 21b, 27b, 28b to the shape sectors on the end surfaces 20a, 21a, 27a, 28a. The cross-sectional area of each of the S-pole inductors 21, 27 and the N-pole inductors 20, 28 is constant from the other end surfaces 20b, 21b, 27b, 28b to the end surfaces 20a, 21a, 27a, 28a. In addition, each of the other end surfaces 20b, 28b of the S-pole inductors 20, 28 has the same surface area as each of the other end surfaces 21b, 27b of the N-pole inductors 21, 27.

Участок 26 держателя сформирован из немагнитного материала, такого как FRP (стеклопластик) и нержавеющая сталь. Индукторы 27, 28 сформированы из магнитных материалов, таких как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой.The holder portion 26 is formed of a non-magnetic material such as FRP (fiberglass) and stainless steel. Inductors 27, 28 are formed of magnetic materials such as permendure, silicon steel plate, iron and permalloy.

Как показано на фиг.1(A) и 1(B), статор 13 якоря включает в себя участок 22 держателя, который сформирован из немагнитного материала и закреплен на установочной поверхности G, теплоизолирующий контейнер 23 с хладагентом, который имеет структуру вакуумной изоляции и встроен в участок 22 держателя, катушки 24 якоря, каждая из которых представляет собой обмотку, изготовленную из сверхпроводящего материала, и размещена в теплоизолирующем контейнере 23 с хладагентом.As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the armature stator 13 includes a holder portion 22 that is formed of non-magnetic material and is fixed to the mounting surface G, a heat insulating container 23 with a refrigerant that has a vacuum insulation structure and is integrated in the portion 22 of the holder, the armature coil 24, each of which is a winding made of superconducting material, and placed in a heat-insulating container 23 with refrigerant.

Участок 22 держателя имеет отверстие 22b свободной посадки, которое высверлено в его центральной части и имеет диаметр, больший, чем внешний диаметр вращающегося вала 34, и четыре установочных отверстия 22a, которые высверлены и расположены через равные интервалы вдоль направления окружности вокруг отверстия 22b свободной посадки. Каждая из катушек 24 якоря установлена в теплоизолирующем контейнере 23 с хладагентом, в котором циркулирует жидкий азот, и коллектор 25 потока, сформированный из магнитного тела, расположен в полом участке каждой из катушек 24 якоря. Четыре теплоизолирующих контейнера 23 с хладагентом, в которых, соответственно, установлены катушки 24 якоря, встроены в отверстия 22a установки катушек.The holder portion 22 has a free fit hole 22b that is drilled in its central part and has a diameter larger than the outer diameter of the rotary shaft 34, and four mounting holes 22a that are drilled and spaced at regular intervals along the circumference of the circumference of the free fit hole 22b. Each of the armature coils 24 is installed in a heat insulating container 23 with a refrigerant in which liquid nitrogen circulates, and a flow collector 25 formed from a magnetic body is located in the hollow section of each of the armature coils 24. Four heat insulating refrigerant containers 23 in which, respectively, the armature coils 24 are installed, are integrated in the coil installation holes 22a.

Коллектор 25 потока сформирован из магнитного материала, такого как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой. В качестве сверхпроводящего материала, из которого сформированы катушки 24 якоря, используют высокотемпературный сверхпроводящий материал на основе висмута или иттрия. Участок 22 держателя сформирован из немагнитного материала, такого как пластик, армированный волокном (FRP), и нержавеющая сталь.The flow collector 25 is formed of a magnetic material such as permendure, silicon steel plate, iron and permalloy. As the superconducting material from which the armature coils 24 are formed, a high-temperature superconducting material based on bismuth or yttrium is used. The holder portion 22 is formed of a non-magnetic material such as fiber-reinforced plastic (FRP) and stainless steel.

Устройство 32 подачи питания соединено с катушками 18, 31 возбуждения и катушками 24 якоря с помощью проводов, и от него подают постоянный ток через катушки 18, 31 возбуждения при подаче трехфазного переменного тока в катушку 24 якоря.The power supply device 32 is connected to the excitation coils 18, 31 and the armature coils 24 by means of wires, and a direct current is supplied from it through the excitation coils 18, 31 when three-phase alternating current is supplied to the armature coil 24.

Резервуар 33 с жидким азотом соединен с теплоизолирующими контейнерами 17, 23, 30 с хладагентом через теплоизолирующие трубы, и жидкий азот циркулирует в качестве хладагента.The liquid nitrogen tank 33 is connected to heat insulating containers 17, 23, 30 with a refrigerant through heat insulating pipes, and liquid nitrogen is circulated as a refrigerant.

Далее, будет описан принцип работы индукторного синхронного двигателя 10.Next, the principle of operation of the induction synchronous motor 10 will be described.

Когда постоянный ток подают через катушку 31 возбуждения с правой стороны на фиг.1, S-полюс генерируется на внешней стороне окружности катушки 31 возбуждения, в то время как N-полюс генерируется на ее внутренней стороне окружности. Затем, как показано на фиг.4(A) и 4(B), магнитный поток на стороне S-полюса входит в индуктор 27 S-полюса от поверхности 27b другого конца так, что магнитный поток S-полюса появляется на торцевой поверхности 27a. Затем, как показано на фиг.4(A) и 4(C), магнитный поток на стороне N-полюса входит в индуктор 28 N-полюса с другой концевой поверхности 28b, в результате чего магнитный поток N-полюса появляется на торцевой поверхности 28a. Поскольку другие торцевые поверхности 27b, 28b расположены концентрично вдоль внешней и внутренней окружности катушки 31 возбуждения, соответственно, магнитный поток S-полюса всегда появляется на торцевой поверхности 27a индуктора S-полюса, в то время как N-полюс всегда появляется на торцевой поверхности 28a индуктора 28 N-полюса.When a direct current is supplied through the drive coil 31 on the right side of FIG. 1, the S-pole is generated on the outside of the circumference of the drive coil 31, while the N-pole is generated on its inside of the circle. Then, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), the magnetic flux on the S-pole side enters the S-pole inductor 27 from the other end surface 27b so that the magnetic flux of the S-pole appears on the end surface 27a. Then, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (C), the magnetic flux on the N-pole side enters the N-pole inductor 28 from the other end surface 28b, whereby the N-pole magnetic flux appears on the end surface 28a . Since the other end surfaces 27b, 28b are concentric along the outer and inner circumference of the drive coil 31, respectively, the S-pole magnetic flux always appears on the end surface 27a of the S-pole inductor, while the N-pole always appears on the end surface 28a of the inductor 28 N-poles.

Основываясь на аналогичном принципе, когда постоянный ток подают через катушку 18 возбуждения, показанную с левой стороны на фиг.1, N-полюс всегда появляется на торцевой поверхности 20a индуктора 20 N-полюса ротора 12, в то время как S-полюс всегда появляется на торцевой поверхности 21a индуктора 21 S-полюса.Based on a similar principle, when direct current is supplied through the excitation coil 18 shown on the left side in FIG. 1, the N-pole always appears on the end surface 20a of the N-pole inductor 20 of the rotor 12, while the S-pole always appears on the end surface 21a of the S-pole inductor 21.

Когда трехфазный переменный ток подают в катушки 24 якоря в данном состоянии, вращающееся магнитное поле генерируется вокруг оси статора 13 якоря из-за сдвига фаз между тремя фазами подаваемой электроэнергии. Вследствие вращающегося магнитного поля генерируется крутящий момент вокруг оси каждого из индукторов 20, 28 N-полюса и индукторов 21, 27 S-полюса роторов 12, 14, в результате чего роторы 12, 14 вращаются, приводя во вращение вращающийся вал 34.When a three-phase alternating current is supplied to the armature coils 24 in this state, a rotating magnetic field is generated around the axis of the armature stator 13 due to a phase shift between the three phases of the supplied electric power. Due to the rotating magnetic field, a torque is generated around the axis of each of the N-pole inductors 20, 28 and the S-pole inductors 21, 27 of the rotors 12, 14, as a result of which the rotors 12, 14 rotate, causing the rotating shaft 34 to rotate.

В соответствии с описанной выше конфигурацией, статоры 11, 15 возбуждения, на которых, соответственно, закреплены катушки 18, 31 возбуждения, и статор якоря, на котором закреплены катушки 24 якоря, не вращаются, в то время как роторы 12, 14, на которых закреплены индукторы 20, 21, 27, 28, соответственно, вращаются вместе с вращающимся валом 34. Поэтому элемент скользящего контакта, такой как токосъемное контактное кольцо, становится ненужным для подачи электроэнергии в соответствующие катушки 18, 31, в результате чего можно упростить конструкцию подачи питания и стабилизировать подачу питания, что способствует длительному сроку службы двигателя. Кроме того, теплоизолирующие контейнеры 17, 23, 30, содержащие хладагент, в которые подают жидкий азот из резервуара 33 с жидким азотом, закреплены и не движутся во время работы двигателя. Таким образом, упрощается конструкция канала подачи хладагента и структура уплотнения, что позволяет упростить конструкцию охлаждения.According to the configuration described above, the excitation stators 11, 15, on which the excitation coils 18, 31 are respectively attached, and the armature stator, on which the armature coils 24 are attached, do not rotate, while the rotors 12, 14, on which fixed inductors 20, 21, 27, 28, respectively, rotate together with the rotating shaft 34. Therefore, a sliding contact element, such as a slip ring, becomes unnecessary for supplying electricity to the respective coils 18, 31, as a result of which it is possible to simplify the design of the feed Ia and stabilize the power supply, which contributes to prolonged life of the engine. In addition, heat insulating containers 17, 23, 30 containing refrigerant, which are supplied with liquid nitrogen from the tank 33 with liquid nitrogen, are fixed and do not move during engine operation. Thus, the design of the refrigerant supply channel and the sealing structure are simplified, which simplifies the cooling structure.

Кроме того, поскольку катушки 18, 31 возбуждения и катушки 24 якоря сформированы из сверхпроводящих материалов, ток большой силы может быть подан для существенного увеличения магнитного потока. В соответствии с этим, магнитный поток, который способствует увеличению выходной мощности, может быть увеличен, даже когда происходит утечка магнитного потока, в результате которой магнитный поток отклоняется в неожиданном направлении. Таким образом может быть реализована большая выходная мощность.In addition, since the excitation coils 18, 31 and the armature coils 24 are formed of superconducting materials, a large current can be supplied to substantially increase the magnetic flux. Accordingly, the magnetic flux, which contributes to an increase in output power, can be increased even when a magnetic flux leak occurs, as a result of which the magnetic flux deviates in an unexpected direction. Thus, a large output power can be realized.

Кроме того, поскольку площадь поперечного сечения каждого из индукторов 20, 28 N-полюса и индукторов 21, 27 S-полюса установлена равной от других торцевых поверхностей 20b, 21b, 27b, 28b до торцевых поверхностей 20a, 21a, 27a, 28a, исключается насыщение магнитного потока в индукторах 20, 21, 27, 28, в результате чего магнитный поток может эффективно индуцироваться в направлении каждой из катушек 24 якоря.In addition, since the cross-sectional area of each of the N-pole inductors 20, 28 and the S-pole inductors 21, 27 is set equal from the other end surfaces 20b, 21b, 27b, 28b to the end surfaces 20a, 21a, 27a, 28a, saturation is excluded magnetic flux in the inductors 20, 21, 27, 28, as a result of which the magnetic flux can be effectively induced in the direction of each of the coils 24 of the armature.

Кроме того, поскольку площадь поперечного сечения каждого из индукторов 20, 28 N-полюса и площадь поперечного сечения каждого из индукторов 21, 27 S-полюса, по существу, равны, сила притяжения/сила отталкивания, генерируемая между катушками 24 якоря и индукторами, остается постоянной, в результате чего можно стабилизировать баланс вращения роторов 12, 14.In addition, since the cross-sectional area of each of the N-pole inductors 20, 28 and the cross-sectional area of each of the S-pole inductors 21, 27 are essentially equal, the attractive force / repulsive force generated between the armature coils 24 and the inductors remains constant, as a result of which it is possible to stabilize the balance of rotation of the rotors 12, 14.

Катушки 18, 31 возбуждения или катушки 24 якоря могут быть сформированы из нормального электропроводного материала, такого как медный провод. В таком случае становится возможным исключить структуру охлаждения для нормального электропроводного провода. Кроме того, хотя данный вариант осуществления направлен на двигатель, такую же структуру можно использовать для генератора.Field coils 18, 31 or armature coils 24 may be formed from normal electrically conductive material, such as a copper wire. In this case, it becomes possible to exclude the cooling structure for a normal conductive wire. Furthermore, although this embodiment is directed to the engine, the same structure can be used for the generator.

На фиг.5-9 показаны модифицированные примеры первого варианта осуществления. Эти модифицированные примеры отличаются от первого варианта осуществления тем, что элемент возбуждения представляет собой постоянный магнит.5-9 show modified examples of the first embodiment. These modified examples differ from the first embodiment in that the drive element is a permanent magnet.

В первом модифицированном примере, показанном на фиг.5 и 6, постоянные магниты 35, 36, каждый из которых имеет кольцевую форму и U-образное поперечное сечение в радиальном направлении, закреплены на соответствующих ярмах 16, 29 статоров 11, 15 возбуждения так, что N-полюс и S-полюс располагаются концентрично.In the first modified example shown in FIGS. 5 and 6, the permanent magnets 35, 36, each of which has an annular shape and a U-shaped cross section in the radial direction, are fixed to the respective yokes 16, 29 of the excitation stators 11, 15 so that The N-pole and S-pole are concentric.

В частности, постоянный магнит 35, имеющий S-полюс на внутренней стороне окружности и N-полюс на внешней стороне окружности, закреплен на участке 16a внутренней канавки, которая предусмотрена в виде выемки на ярме 16 статора 11 возбуждения (с левой стороны на фиг.5), вокруг отверстия 16b свободной посадки.In particular, a permanent magnet 35 having an S-pole on the inner side of the circle and an N-pole on the outer side of the circle is fixed to a portion 16a of the inner groove, which is provided as a recess in the yoke 16 of the excitation stator 11 (on the left side in FIG. 5 ) around the open hole 16b.

С другой стороны, постоянный магнит 36, имеющий S-полюс на внутренней стороне окружности и N-полюс на внешней стороне окружности, закреплен на участке 29a кольцевой канавки, которая предусмотрена в виде выемки на ярме 29 статора 15 возбуждения (с правой стороны на фиг.5), вокруг отверстия 29b свободной посадки.On the other hand, a permanent magnet 36 having an S-pole on the inside of the circle and an N-pole on the outside of the circle is secured to a portion 29a of the annular groove, which is provided as a recess in the yoke 29 of the excitation stator 15 (on the right side in FIG. 5), around the hole 29b loose fit.

Во втором модифицированном примере, показанном на фиг.7, множество постоянных магнитов 37, 38, разделенных на сектора, расположены в участках 16a, 29a канавок, предусмотренных в ярмах 16, 29 статоров 11, 15 возбуждения вдоль направления их окружности, без зазора между соседними магнитами, образуя в результате такую же форму, что и форма постоянного магнита в соответствии с первым модифицированным примером.In the second modified example shown in FIG. 7, a plurality of permanent magnets 37, 38 divided into sectors are located in the groove portions 16a, 29a provided in the yokes 16, 29 of the excitation stators 11, 15 along the direction of their circumference, without a gap between adjacent magnets, resulting in the same shape as the shape of a permanent magnet in accordance with the first modified example.

В третьем модифицированном примере, показанном на фиг.8, множество разделенных постоянных магнитов 37', 38' расположено на участках 16a, 29a канавки, предусмотренных в ярмах 16, 29 статоров 11, 15 возбуждения вдоль направления их окружности аналогично второму модифицированному примеру. Однако вместо разделения на сектора постоянные магниты 37', 38' сформированы так, что ширина внешней стороны окружности равна ширине внутренней стороны окружности. Таким образом, хотя постоянные магниты 37', 38' расположены без зазора между соседними магнитами на внутренней стороне окружности, предусмотрен зазор между соседними постоянными магнитами 37', 38' на внешней стороне окружности.In the third modified example shown in FIG. 8, a plurality of divided permanent magnets 37 ′, 38 ′ are located in the groove portions 16a, 29a provided in the yokes 16, 29 of the driving stators 11, 15 along their circumferential direction, similarly to the second modified example. However, instead of dividing into sectors, the permanent magnets 37 ', 38' are formed so that the width of the outer side of the circle is equal to the width of the inner side of the circle. Thus, although the permanent magnets 37 ', 38' are located without a gap between adjacent magnets on the inner side of the circle, a gap is provided between adjacent permanent magnets 37 ', 38' on the outside of the circle.

В четвертом модифицированном примере, показанном на фиг.9, поперечное сечение в радиальном направлении каждого из кольцевых постоянных магнитов 35', 36' имеет прямоугольную форму, которая отличается от первого, второго и третьего модифицированных примеров.In the fourth modified example shown in FIG. 9, the radial cross section of each of the ring permanent magnets 35 ′, 36 ′ has a rectangular shape that is different from the first, second, and third modified examples.

Аналогично первому модифицированному примеру, постоянный магнит 35' закреплен на участке 16a кольцевой канавки, которая предусмотрена в виде вогнутого элемента вокруг отверстия 16b свободной установки, в результате чего S-полюса находятся на внутренней стороне окружности, и N-полюса находятся на внешней стороне окружности. С другой стороны, постоянный магнит 36' закреплен на участке 29a кольцевой канавки, которая предусмотрена в виде выемки вокруг отверстия 29b свободной установки, в результате чего S-полюс находится на внешней стороне окружности, и N-полюс находится на внутренней стороне окружности.Similarly to the first modified example, the permanent magnet 35 'is fixed on the section 16a of the annular groove, which is provided as a concave element around the hole 16b of the free installation, with the result that the S-poles are on the inner side of the circle, and the N-poles are on the outer side of the circle. On the other hand, the permanent magnet 36 ′ is fixed to the annular groove portion 29a, which is provided in the form of a recess around the free installation hole 29b, whereby the S-pole is on the outside of the circle and the N-pole is on the inside of the circle.

Постоянные магниты, разделенные в направлении окружности, могут также использоваться в модифицированном примере, аналогичном второму и третьему модифицированным примерам.Permanent magnets divided in the circumferential direction can also be used in a modified example similar to the second and third modified examples.

В синхронном двигателе индукторного типа, который имеет описанную выше конфигурацию, магнитный поток на стороне S-полюса постоянного магнита поступает внутрь индукторов 21, 27 S-полюса, в результате чего магнитный поток S-полюса появляется на торцевых поверхностях 21a, 27a индукторов 21, 27 S-полюса. Кроме того, магнитный поток на стороне N-полюса постоянного магнита поступает внутрь индуктора 20, 28 N-полюса, в результате чего магнитный поток N-полюса появляется на торцевых поверхностях 20a, 28a для индукторов 20, 28 N-полюса.In an induction-type synchronous motor, which has the configuration described above, the magnetic flux on the S-pole side of the permanent magnet enters the S-pole inductors 21, 27, whereby the S-pole magnetic flux appears on the end surfaces 21a, 27a of the inductors 21, 27 S-poles. In addition, magnetic flux on the N-pole side of the permanent magnet enters the N-pole inductor 20, 28, whereby the N-pole magnetic flux appears on the end surfaces 20a, 28a for the N-pole inductors 20, 28.

Когда трехфазный переменный ток подают на катушки 24 якоря в такой конструкции, вращающееся магнитное поле генерируется вокруг оси статора 13 якоря из-за сдвига фазы между тремя фазами подаваемой энергии. Вращающееся магнитное поле генерирует крутящий момент вокруг оси таких индукторов 20, 28 N-полюса и индукторов 21, 27 S-полюса роторов 12, 14, в результате чего роторы 12, 14 вращаются, приводя во вращение вращающийся вал 34.When a three-phase alternating current is supplied to the armature coils 24 in such a structure, a rotating magnetic field is generated around the axis of the armature stator 13 due to a phase shift between the three phases of the supplied energy. A rotating magnetic field generates a torque around the axis of such N-pole inductors 20, 28 and S-pole inductors 21, 27 of the rotors 12, 14, as a result of which the rotors 12, 14 rotate, causing the rotating shaft 34 to rotate.

В соответствии с указанной выше конфигурацией, так как постоянные магниты расположены в статорах 11, 15 возбуждения, эффективность производства индукторного синхронного двигателя повышается. Кроме того, устройство подачи энергии и структура охлаждения элемента возбуждения становятся ненужными, в результате чего такая конструкция может быть упрощена.According to the above configuration, since the permanent magnets are located in the excitation stators 11, 15, the production efficiency of the induction synchronous motor is increased. In addition, the energy supply device and the cooling structure of the excitation element become unnecessary, as a result of which this design can be simplified.

Кроме того, если выходная мощность составляет от 1 кВт до 5 МВт, достаточно использовать постоянные магниты в качестве элементов возбуждения. Таким образом можно обеспечить уменьшение размеров индукторного синхронного устройства по сравнению со случаем, когда сверхпроводящий материал используется в элементах возбуждения, как в первом варианте выполнения.In addition, if the output power is from 1 kW to 5 MW, it is sufficient to use permanent magnets as excitation elements. Thus, it is possible to reduce the size of the induction synchronous device compared with the case when the superconducting material is used in the excitation elements, as in the first embodiment.

Аналогично настоящему варианту осуществления постоянный магнит также можно использовать как элемент возбуждения в следующих вариантах осуществления.Similarly to the present embodiment, the permanent magnet can also be used as an excitation element in the following embodiments.

На фиг.10 показан второй вариант осуществления.10 shows a second embodiment.

Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что количество роторов 41, 44 и статоров 13 якоря увеличено.The second embodiment differs from the first embodiment in that the number of rotors 41, 44 and anchor stators 13 is increased.

Более конкретно, ротор 41, статор 13 якоря, ротор 44 и статор 13 якоря добавлены между статором 13 якоря и ротором 14 по первому варианту осуществления.More specifically, the rotor 41, the armature stator 13, the armature rotor 44, and the armature stator 13 are added between the armature stator 13 and the rotor 14 of the first embodiment.

Каждый из роторов 41, 44 включает в себя участок 42, 45 опоры в форме диска, который изготовлен из немагнитного материала и сформирован с отверстием 42a, 45a установки вращающегося вала для размещения в нем вращающегося вала 34 и индуктора 43, 46, магнитные элементы, которого, соответственно, встроены через равные интервалы вдоль направления окружности вокруг отверстия 42a, 45a установки вращающегося вала. Каждый из индукторов 43, 46 имеет сечение, форма которого является такой же, что и форма сечения коллектора 25 потока статора 13 якоря. Участки 42, 45 опоры сформированы из немагнитного материала, такого как FRP и нержавеющая сталь. Индукторы 43, 46 изготовлены из магнитного материала, такого как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой.Each of the rotors 41, 44 includes a disk-shaped support portion 42, 45, which is made of non-magnetic material and is formed with a rotary shaft mounting hole 42a, 45a for accommodating the rotary shaft 34 and the inductor 43, 46, magnetic elements of which respectively, are embedded at equal intervals along the circumferential direction around the rotary shaft mounting hole 42a, 45a. Each of the inductors 43, 46 has a section whose shape is the same as the sectional shape of the collector 25 of the stator 13 of the armature. Support portions 42, 45 are formed of a non-magnetic material such as FRP and stainless steel. Inductors 43, 46 are made of magnetic material such as permendure, silicon steel plate, iron and permalloy.

В описанной выше конфигурации катушки 18, 31 возбуждения сформированы из сверхпроводящего материала, в результате чего можно существенно увеличить магнитный поток, чтобы он достигал более удаленных положений. Поэтому множество роторов 12, 41, 44 может быть расположено между статорами 11, 15 возбуждения на соответствующих сторонах, и можно увеличить выходной крутящий момент.In the above configuration, the excitation coils 18, 31 are formed of a superconducting material, as a result of which the magnetic flux can be substantially increased so that it reaches more distant positions. Therefore, a plurality of rotors 12, 41, 44 can be located between the excitation stators 11, 15 on the respective sides, and the output torque can be increased.

Поскольку другие конфигурации второго варианта осуществления аналогичны первому варианту осуществления, они обозначены теми же номерами ссылочных позиций и их описание здесь не приведено.Since other configurations of the second embodiment are similar to the first embodiment, they are denoted by the same reference numerals and are not described here.

На фиг.11 показан третий вариант осуществления.11 shows a third embodiment.

Третий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что роторы 12, 14, статор 13 якоря и статор 51 возбуждения увеличены.The third embodiment differs from the first embodiment in that the rotors 12, 14, the armature stator 13 and the excitation stator 51 are enlarged.

Более конкретно, статор 51 возбуждения, ротор 12, статор 13 якоря и ротор 14 добавлены между ротором 14 и статором 15 возбуждения по первому варианту осуществления.More specifically, the excitation stator 51, the rotor 12, the armature stator 13 and the rotor 14 are added between the rotor 14 and the excitation stator 15 of the first embodiment.

Статор 51 возбуждения включает в себя ярмо 52, которое сформировано из магнитного материала и закреплено на установочной поверхности G в теплоизолирующем контейнере 54 для хладагента, вакуумная изоляционная структура которого встроена в ярмо 52, и катушку 53 возбуждения, которая представляет собой обмотку, выполненную из сверхпроводящего элемента, установленную в теплоизолирующем контейнере 54 для хладагента.The excitation stator 51 includes a yoke 52, which is formed of magnetic material and fixed to the mounting surface G in a heat insulating container 54 for a refrigerant, the vacuum insulation structure of which is integrated in the yoke 52, and an excitation coil 53, which is a winding made of a superconducting element installed in the heat insulating container 54 for the refrigerant.

Ярмо 52 выполнено с отверстием 52b свободной установки, которое высверлено в центре так, что его внешний диаметр больше, чем внешний диаметр вращающегося вала 34, и установочное отверстие 52a высверлено с приданием ему кольцевой формы вокруг отверстия 52b свободной установки. Катушка 53 возбуждения установлена в кольцевом теплоизолирующем контейнере 54 для хладагента, внутри которого циркулирует жидкий азот. Теплоизолирующий контейнер 54 для хладагента встроен в установочное отверстие 52a.The yoke 52 is provided with a free installation hole 52b, which is drilled in the center so that its outer diameter is larger than the outer diameter of the rotary shaft 34, and the mounting hole 52a is drilled into an annular shape around the free installation hole 52b. An excitation coil 53 is mounted in an annular heat insulating container 54 for a refrigerant inside which liquid nitrogen circulates. The heat insulating container 54 for the refrigerant is integrated in the installation hole 52a.

Поскольку конфигурация третьего варианта осуществления аналогична конфигурации по первому варианту осуществления, она обозначена теми же номерами ссылочных позиций и ее описание здесь не приведено.Since the configuration of the third embodiment is similar to the configuration of the first embodiment, it is denoted by the same reference numerals and is not described here.

На фиг.12 показан четвертый вариант осуществления.12 shows a fourth embodiment.

Четвертый вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что количество индукторов 62 N-полюса и индукторов 63 S-полюса ротора 60 увеличено.The fourth embodiment differs from the first embodiment in that the number of N-pole inductors 62 and S-pole inductors 63 of the rotor 60 is increased.

Ротор 60 имеет участок 61 опоры в форме диска, который изготовлен из немагнитного материала и сформирован с установочным отверстием 61a для вращающегося вала и шестью индукторами 62 N-полюса и шестью индукторами 63 S-полюса, которые поочередно расположены вдоль направления окружности вокруг установочного отверстия 61a через равные интервалы.The rotor 60 has a disk-shaped support portion 61, which is made of non-magnetic material and is formed with a mounting hole 61a for the rotating shaft and six N-pole inductors 62 and six S-pole inductors 63, which are alternately arranged along the circumference around the mounting hole 61a through equal intervals.

Другие торцевые поверхности 62b индукторов 62 N-полюса расположены так, что они обращены к внешней стороне окружности катушки 31 возбуждения, которая представляет собой положение генерирования N-полюса. Другие концевые поверхности 63b индукторов 63 S-полюса расположены так, что они обращены к внутренней стороне окружности катушки 31 возбуждения, которая представляет собой положение генерирования S-полюса. Торцевые поверхности 62a, 63a индукторов 62 N-полюса и индукторов 63 S-полюса, которые обращены к статору 13 якоря, расположены на концентрических кругах через равные интервалы. Площадь поперечного сечения каждого из индукторов 62 N-полюса и индукторов 63 S-полюса остается постоянной от торцевых поверхностей 62a, 63a до других торцевых поверхностей 62b, 63b. Кроме того, площадь поперечного сечения каждого из индукторов 62 N-полюса и площадь поперечного сечения каждого из индукторов 63 S-полюса, по существу, равны.The other end surfaces 62b of the N-pole inductors 62 are arranged so that they face the outer circumference of the drive coil 31, which is the N-pole generating position. The other end surfaces 63b of the S-pole inductors 63 are arranged so that they face the inside of the circumference of the drive coil 31, which is the S-pole generating position. The end surfaces 62a, 63a of the N-pole inductors 62 and the S-pole inductors 63, which face the armature stator 13, are arranged on concentric circles at regular intervals. The cross-sectional area of each of the N-pole inductors 62 and the S-pole inductors 63 remains constant from the end surfaces 62a, 63a to the other end surfaces 62b, 63b. In addition, the cross-sectional area of each of the N-pole inductors 62 and the cross-sectional area of each of the S-pole inductors 63 are substantially equal.

Поскольку в остальном эти конфигурации аналогичны представленным в первом варианте осуществления, их описание здесь не приведено.Since otherwise these configurations are similar to those presented in the first embodiment, their description is not given here.

На фиг.13-16 показан пятый вариант осуществления.13-16 show a fifth embodiment.

Пятый вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что он направлен на индукторный синхронный двигатель 70 со структурой радиального зазора.The fifth embodiment differs from the first embodiment in that it is directed to an induction synchronous motor 70 with a radial clearance structure.

Статор 71 якоря включает в себя ярмо 74, которое сформировано из магнитного материала и имеет участки 74b четырех зубьев, выступающих от поверхности внутренней окружности цилиндрического участка 74a через равные интервалы вдоль направления окружности, теплоизолирующие контейнеры 76 для хладагента, каждый из которых имеет структуру вакуумной изоляции и окружает каждый из участков 74b зубьев, и катушки 75 якоря, каждая из которых представляет собой обмотку, изготовленную из сверхпроводящего материала и установленную внутрь соответствующих теплоизолирующих контейнеров 76 с хладагентом.The stator 71 of the armature includes a yoke 74, which is formed of magnetic material and has four tooth portions 74b protruding from the surface of the inner circumference of the cylindrical portion 74a at regular intervals along the circumferential direction, heat insulating refrigerant containers 76, each of which has a vacuum insulation structure and surrounds each of the tooth portions 74b, and the armature coils 75, each of which is a winding made of superconducting material and installed inside the corresponding heat insulating containers 76 with refrigerant.

Статор 72 возбуждения установлен и закреплен на ярме 74 статора 71 якоря и включает в себя ярмо 77 в форме диска, изготовленное из магнитного тела, теплоизолирующий контейнер 79 с хладагентом, имеющий структуру вакуумной изоляции, встроенный в ярмо 77, и катушку 78 возбуждения, которая представляет собой обмотку, изготовленную из сверхпроводящего материала и установленную внутри теплоизолирующего контейнера 79 с хладагентом. Ярмо 77 имеет отверстие 77a свободной установки, которое высверлено в его центре, и имеет диаметр больше, чем внешний диаметр вращающегося вала 84, и участок 77b канавки, который предусмотрен в виде выемки с приданием ему кольцевой формы вокруг отверстия 77a свободной установки. Катушка 78 возбуждения установлена внутри теплоизолирующего контейнера 79 с хладагентом, в котором циркулирует жидкий азот. Теплоизолирующий контейнер 79 с хладагентом встроен на участке 77b канавки.The excitation stator 72 is mounted and secured to the yoke 74 of the anchor stator 71 and includes a disk-shaped yoke 77 made of a magnetic body, a heat insulating container 79 with a refrigerant having a vacuum insulation structure built into the yoke 77, and an excitation coil 78 that represents a winding made of a superconducting material and installed inside a heat-insulating container 79 with a refrigerant. The yoke 77 has a free installation hole 77a, which is drilled in its center, and has a diameter larger than the outer diameter of the rotating shaft 84, and a groove portion 77b, which is provided as a recess, giving it an annular shape around the free installation hole 77a. An excitation coil 78 is installed inside a heat insulating container 79 with a refrigerant in which liquid nitrogen circulates. A heat insulating container 79 with a refrigerant is integrated in the groove portion 77b.

Ротор 73 включает в себя участок 80 опоры в форме диска, который изготовлен из немагнитного материала и имеет установочное отверстие 80a, в котором установлен вращающийся вал 84, пара индукторов 81 N-полюса, встроенных в симметричных положениях вокруг установочного отверстия 80a, и пара индукторов 82 S-полюса, встроенных в положения, повернутые на 90° относительно положений индукторов 81 N-полюса.The rotor 73 includes a disk-shaped support portion 80, which is made of non-magnetic material and has a mounting hole 80a in which a rotating shaft 84 is mounted, a pair of N-pole inductors 81 embedded in symmetrical positions around the mounting hole 80a, and a pair of inductors 82 S-poles embedded in positions rotated 90 ° relative to the positions of the 81 N-pole inductors.

Как показано на фиг.14 и 16, каждый из индукторов 81 N-полюса имеет форму ступенчатой полосы, и один ее конец 81a расположен так, что он обращен в направлении и вдоль положения генерирования N-полюса катушки 78 возбуждения, в то время как внешняя поверхность 81b на стороне другого конца расположена так, что она обращена к катушкам 75 якоря.As shown in FIGS. 14 and 16, each of the N-pole inductors 81 is in the form of a stepped strip, and one end thereof 81a is located so that it faces in the direction and along the generation position of the N-pole of the drive coil 78, while the outer the surface 81b on the side of the other end is positioned so that it faces the armature coils 75.

Как показано на фиг.15 и 16, каждый из индукторов 82 S-полюса имеет форму сложенной назад полосы, и один ее конец 82a расположен так, что он обращен в направлении и вдоль положения генерирования S-полюса катушки 78 возбуждения, в то время как внешняя поверхность 82b на стороне другого конца расположена так, что она обращена к катушкам 75 якоря. Другой конец 82c индуктора 82 S-полюса не доходит до торцевой поверхности ротора 73, и индуктор 82 S-полюса сформирован в виде сложенной назад формы, в результате чего он расположен на расстоянии от N-полюса катушки 78 возбуждения, что предотвращает утечку магнитного потока.As shown in FIGS. 15 and 16, each of the S-pole inductors 82 has the shape of a back-folded strip, and one end 82a thereof is positioned so that it faces in the direction and along the generation position of the S-pole of the drive coil 78, while the outer surface 82b on the side of the other end is positioned so that it faces the armature coils 75. The other end 82c of the S-pole inductor 82 does not reach the end surface of the rotor 73, and the S-pole inductor 82 is formed in the form of a backward folded shape, as a result of which it is located at a distance from the N-pole of the drive coil 78, which prevents leakage of magnetic flux.

Площадь поперечного сечения каждого из индукторов 81 N-полюса и индукторов 82 S-полюса является постоянной, и их площади поперечного сечения, по существу, равны друг другу.The cross-sectional area of each of the N-pole inductors 81 and the S-pole inductors 82 is constant, and their cross-sectional areas are substantially equal to each other.

Ярма 74, 77, индукторы 81 N-полюса и индукторы 82 S-полюса сформированы из магнитного материала, такого как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой. Участок 80 опоры сформирован из немагнитного материала, такого как FRP и нержавеющая сталь.Yarma 74, 77, N-pole inductors 81, and S-pole inductors 82 are formed of a magnetic material such as permendure, silicon steel plate, iron, and permalloy. The support portion 80 is formed of a non-magnetic material such as FRP and stainless steel.

Устройство 32 подачи питания соединено с катушкой 78 возбуждения и катушками 75 якоря с помощью проводов. Постоянный ток подают в катушку 78 возбуждения, в то время как трехфазный переменный ток подают в катушки 75 якоря.The power supply device 32 is connected to the excitation coil 78 and the armature coils 75 using wires. A direct current is supplied to the excitation coil 78, while a three-phase alternating current is supplied to the armature coils 75.

Резервуар 33 с жидким азотом соединен с теплоизолированными контейнерами 76, 79 с хладагентом через изолирующие трубы. Жидкий азот, таким образом, циркулирует в качестве хладагента.The tank 33 with liquid nitrogen is connected to insulated containers 76, 79 with refrigerant through insulating pipes. Liquid nitrogen is thus circulated as a refrigerant.

Далее, будет описан принцип работы индукторного синхронного двигателя 70.Next, the principle of operation of the induction synchronous motor 70 will be described.

Когда постоянный ток подают в катушку 78 возбуждения, N-полюс генерируется на внешней стороне окружности катушки 78 возбуждения, в то время как S-полюс генерируется на ее внутренней стороне окружности. Затем, как показано на фиг.14, магнитный поток на стороне N-полюса входит в индуктор 81 N-полюса с поверхности 81a другого торца, в результате чего магнитный поток N-полюса возникает на внешней поверхности 81b на стороне другого торца. Кроме того, как показано на фиг.15, магнитный поток на стороне S-полюса входит в индуктор 82 S-полюса с поверхности 82a другого торца, в результате чего магнитный поток S-полюса возникает на внешней поверхности 82b на другой стороне.When a direct current is supplied to the drive coil 78, an N-pole is generated on the outside of the circumference of the drive coil 78, while an S-pole is generated on its inside of the circle. Then, as shown in FIG. 14, the magnetic flux on the N-pole side enters the N-pole inductor 81 from the other end surface 81a, whereby the N-pole magnetic flux occurs on the outer surface 81b on the other end side. In addition, as shown in FIG. 15, the magnetic flux on the S-pole side enters the S-pole inductor 82 from the other end surface 82a, whereby the magnetic flux of the S-pole occurs on the outer surface 82b on the other side.

Когда трехфазный переменный ток подают в катушки 75 якоря в такой конструкции, вращающееся магнитное поле генерируется на поверхности внешней окружности вокруг оси статора 71 якоря в результате сдвига фаз подаваемой электроэнергии. Вращающееся магнитное поле образует крутящий момент, генерируемый вокруг оси в индукторах 81 N-полюса и индукторах 82 S-полюса. Таким образом, ротор 73 вращается, приводя во вращение вращающийся вал 84.When a three-phase alternating current is supplied to the armature coils 75 in such an arrangement, a rotating magnetic field is generated on the surface of the outer circle around the axis of the armature stator 71 as a result of a phase shift of the supplied electric power. A rotating magnetic field generates a torque generated around an axis in the N-pole inductors 81 and the S-pole inductors 82. Thus, the rotor 73 rotates, causing the rotating shaft 84 to rotate.

На фиг.17 показан шестой вариант осуществления.17 shows a sixth embodiment.

Шестой вариант осуществления отличается от пятого варианта осуществления тем, что шестой вариант осуществления имеет структуру, в которой цилиндрический статор 90 возбуждения окружен ротором 91, выполненным, по существу, в форме трубы так, что между ними образован зазор.The sixth embodiment differs from the fifth embodiment in that the sixth embodiment has a structure in which the cylindrical excitation stator 90 is surrounded by a rotor 91 made essentially in the form of a pipe so that a gap is formed between them.

Поскольку статор 71 якоря аналогичен статору по пятому варианту осуществления, его описание здесь не приведено.Since the stator 71 of the anchor is similar to the stator of the fifth embodiment, its description is not given here.

Статор 90 возбуждения имеет цилиндрическое ярмо 92, сформированное из магнитного тела, кольцевой вакуумный изолирующий контейнер 94, который установлен и закреплен на внешней окружности ярма 92, катушку 93 возбуждения, сформированную из сверхпроводящего материала, которая установлена внутри теплоизолирующего контейнера 94, содержащего хладагент, и которая намотана вокруг оси, и неподвижный вал 95, который установлен в поперечном направлении от центра одной из торцевых поверхностей ярма 92.The excitation stator 90 has a cylindrical yoke 92 formed of a magnetic body, an annular vacuum insulating container 94, which is mounted and fixed on the outer circumference of the yoke 92, an excitation coil 93 formed of a superconducting material that is installed inside a heat-insulating container 94 containing refrigerant, and which wound around an axis, and a fixed shaft 95, which is installed in the transverse direction from the center of one of the end surfaces of the yoke 92.

Ротор 91 включает в себя индуктор 97 S-полюса, который сформирован из магнитного материала с поперечным сечением U-образной формы и расположен так, что он закрывает часть левой стороны статора 90 возбуждения в положении, повернутом на 90°, индуктор 98 N-полюса, который сформирован из магнитного материала с поперечным сечением U-образной формы и который расположен так, что он закрывает часть правой стороны статора 90 возбуждения, участки 99, 100 опоры, которые сформированы из немагнитного материала и соединяют индуктор 97 S-полюса и индуктор 98 N-полюса так, что они составляют одно целое, и вращающийся вал 101, который установлен в поперечном направлении так, что он продолжается от торцевой поверхности правой стороны ротора 91.The rotor 91 includes an S-pole inductor 97, which is formed of a magnetic material with a cross section of a U-shape and is located so that it covers part of the left side of the excitation stator 90 in a position rotated 90 °, the N-pole inductor 98, which is formed from a magnetic material with a U-shaped cross section and which is positioned so that it covers part of the right side of the excitation stator 90, support portions 99, 100 that are formed from non-magnetic material and connect the S-pole inductor 97 and the N- inductor 98 poles t in that they form one unit, and a rotating shaft 101 which is mounted transversely so that it extends from the end surface of the right side of the rotor 91.

Как показано на фиг.18, индуктор 97 S-полюса расположен так, что торцевая поверхность 97a на левой стороне обращена к положению генерирования S-полюса катушки 93 возбуждения, и так, что поверхность 97b внешней окружности обращена к катушкам 75 якоря статора 71 якоря. Отверстие 97c свободной установки, диаметр которого больше, чем диаметр неподвижного вала 95, высверлено в центре торцевой поверхности 97a на левой стороне.As shown in FIG. 18, the S-pole inductor 97 is positioned so that the end surface 97a on the left side is facing the generating position of the S-pole of the drive coil 93, and so that the outer circumference surface 97b is facing the armature coils 75 of the armature stator 71. A free installation hole 97c, the diameter of which is larger than the diameter of the stationary shaft 95, is drilled in the center of the end surface 97a on the left side.

Как показано на фиг.19, индуктор 98 N-полюса расположен так, что торцевая поверхность 98a на правой стороне обращена к положению генерирования N-полюса катушки 93 возбуждения, и так, что поверхность 98b внешней окружности обращена к катушкам 75 якоря. Вращающийся вал 101 закреплен в центре торцевой поверхности 98a его правой стороны.As shown in FIG. 19, the N-pole inductor 98 is positioned so that the end surface 98a on the right side is facing the generating position of the N-pole of the drive coil 93, and so that the outer circumference surface 98b is facing the armature coils 75. The rotating shaft 101 is fixed to the center of the end surface 98a of its right side.

В соответствии с описанной выше конфигурацией, N-полюсы и S-полюсы поочередно возникают на внешней поверхности окружности ротора 91 в направлении вдоль окружности. Площадь поперечного сечения каждого из индуктора 97 S-полюса и индуктора 98 N-полюса является постоянной, и площади поперечного сечения индуктора 97 S-полюса и индуктора 98 N-полюса, по существу, равны друг другу.According to the configuration described above, N-poles and S-poles alternately occur on the outer circumference of the rotor 91 in the circumferential direction. The cross-sectional area of each of the S-pole inductor 97 and the N-pole inductor 98 is constant, and the cross-sectional area of the S-pole inductor 97 and the N-pole inductor 98 are substantially equal to each other.

Ярмо 92, индуктор 97 S-полюса и индуктор 98 N-полюса сформированы из магнитного материала, такого как пермендюр, пластина из кремнистой стали, железо и пермаллой. Участки 99, 100 опоры сформированы из немагнитного материала, такого как FRP и нержавеющая сталь.The yoke 92, the S-pole inductor 97, and the N-pole inductor 98 are formed of a magnetic material such as permendure, silicon steel plate, iron, and permalloy. The support portions 99, 100 are formed of non-magnetic material such as FRP and stainless steel.

Ниже будет описан принцип работы.The principle of operation will be described below.

Когда постоянный ток подают в катушку 93 возбуждения, N-полюс генерируется на правой стороне, и S-полюс генерируется на левой стороне, если смотреть, как показано на чертеже. Затем, как показано на фиг.18, магнитный поток на стороне S-полюса входит в индуктор 97 S-полюса с торцевой поверхности 97a левой стороны, в результате чего магнитный поток S-полюса появляется на внешней поверхности 97b окружности. Кроме того, как показано на фиг.19, магнитный поток на стороне N-полюса входит в индуктор 98 N-полюса с торцевой поверхности 98a правой стороны, в результате чего магнитный поток N-полюса возникает на внешней поверхности 98b окружности.When a direct current is supplied to the drive coil 93, an N-pole is generated on the right side, and an S-pole is generated on the left side, as viewed as shown. Then, as shown in FIG. 18, the magnetic flux on the S-pole side enters the S-pole inductor 97 from the left side end surface 97a, whereby the magnetic flux of the S-pole appears on the outer circumference surface 97b. In addition, as shown in FIG. 19, the magnetic flux on the N-pole side enters the N-pole inductor 98 from the right-side end surface 98a, whereby the magnetic flux of the N-pole occurs on the outer circumferential surface 98b.

Когда трехфазный переменный ток подают в катушки 75 якоря (не показаны) в этой конструкции, вращающееся магнитное поле генерируется на поверхности внутренней окружности вокруг оси статора 71 якоря в результате сдвига фаз подаваемой электроэнергии. Вращающееся магнитное поле обеспечивает генерирование вокруг оси крутящего момента в индукторе 98 N-полюса и индукторе 97 S-полюса. Таким образом, ротор 91 вращается, приводя во вращение вращающийся вал 101.When a three-phase alternating current is supplied to the armature coils 75 (not shown) in this design, a rotating magnetic field is generated on the surface of the inner circle around the axis of the armature stator 71 as a result of a phase shift of the supplied electric power. A rotating magnetic field generates around the axis of torque in the N-pole inductor 98 and the S-pole inductor 97. Thus, the rotor 91 rotates, causing the rotating shaft 101 to rotate.

Claims

1. Inductive synchronous device containing:
an excitation stator having an excitation element with which the N-pole and S-pole are concentrically formed;
a rotor having an N-pole inductor that is formed of magnetic material and is located so that it faces the N-pole of the excitation element, and an S-pole inductor that is formed of magnetic material and is located so that it is facing the S-pole of the element excitation, while the rotating shaft is mounted on the rotor; and an armature stator having an armature coil which is mounted so that it faces the N-pole inductor and the S-pole inductor.

2. The inductor synchronous device according to claim 1, in which the excitation element includes an excitation coil, which is wound around the axis of the rotating shaft,
moreover, the part of the N-pole inductor is located so that it faces one of the outer side of the circle and the inner side of the circumference of the field coil, and the part of the S-inductor is located so that it faces its other side.

3. The inductor synchronous device according to claim 1, in which the excitation element includes a permanent magnet located around the axis of the rotating shaft,
moreover, the N-pole inductor portion is located so that it faces the N-pole side of the permanent magnet, and the S-pole inductor portion is located so that it faces the S-pole side of the permanent magnet.

4. Inductive synchronous device according to any one of claims 1 to 3, in which at least one of the excitation element and the armature coil is formed of a superconducting material.

5. The inductor synchronous device according to any one of claims 1 to 3, in which the cross-sectional area of each of the N-pole inductor and the S-pole inductor is constant from one end to the other end.

6. The inductor synchronous device according to claim 5, in which the cross-sectional area of the N-pole inductor and the cross-sectional area of the S-pole inductor are essentially equal to each other.

7. The inductor synchronous device according to any one of claims 1 to 3, in which the inductor synchronous device has a structure with an axial clearance,
moreover, the excitation stator is located so that it faces one side of the rotor in the axial direction of the rotor with a predetermined gap between them, and the armature stator is located so that it faces the other side of the rotor in the axial direction of the rotor with a given clearance between them, a rotating shaft fixed mounted on the rotor with the possibility of rotation in the gap between the excitation stator and the armature stator, and the magnetic flux of each of the excitation element and armature coils is directed along the axis.

8. The inductor synchronous device according to any one of claims 1 to 3, in which the inductor synchronous device has a structure with a radial clearance, wherein one of the excitation stator and the armature stator is an outer circular tube, and the rotor is located inside the outer circular tube with a predetermined gap between them.
Priority on points:

12/24/2004 according to claims 1, 2, 4-8;

November 29, 2005 according to claim 3.